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• K.E. Martinez

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• Tratamiento a base de calor
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• Ciencia de los Materiales

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2.1 GENERALIDADES Y CLASIFICACION DE LOS TRATAMIENTO TERMICOS Los tratamientos térmicos son procedimientos que tienen por finalidad mejorar o alcanzar propiedades y características en los materiales a partir de la consecución de la microestructura deseada. Cada procedimiento consiste en calentar y mantener las piezas o herramientas a temperaturas adecuadas, durante un cierto tiempo y enfriarlas luego en condiciones convenientes, por tanto, en un tratamiento térmico es importante la relación entre la temperatura, el tiempo y la velocidad de enfriamiento. De esta forma se modifica la microestructura de los aceros por medio de transformaciones de fase de estado sólido. Dependiendo del tipo de tratamiento, las piezas pueden o no variar su composición química. El tiempo y la temperatura son los factores más importantes y que hay que fijarlos siempre de antemano, de acuerdo con la composición del acero, la forma, el tamaño de las piezas y las propiedades que se desean obtener. En dependencia del efecto producido sobre las piezas, los tratamientos térmicos se pueden dividir en volumétricos o superficiales. Los primeros afectan las propiedades de toda la pieza tratada y se dividen en tratamientos térmicos continuos e isotérmicos (denominados también totales). Los segundos sólo afectan las propiedades de la superficie y algunos de ellos modifican la composición química global de las piezas y son conocidos como tratamientos termoquímicos. El calentamiento hasta la temperatura de austenización y el tiempo de sostenimiento a esa temperatura son dos variables bastante importantes a tener en cuenta en algunos tratamientos térmicos. A continuaciones hace una breve descripción de estas variables. 2.1.1 Temperatura de austenización Para cada tipo de acero hay una temperatura de austenización, determinada fundamentalmente por la composición. Sin embargo, ha sido la experimentación la que ha señalado el intervalo de temperatura hasta la cual se debe calentar el acero, la cual se escoge para que dé la máxima dureza y al mismo tiempo mantenga también una estructura de grano fino; ello porque el valor de la temperatura depende, entre otras variables, de la forma de la pieza y del medio templante. El tamaño de la pieza a tratar puede variar el tiempo de sostenimiento, pero no la temperatura. Algunos manuales traen la temperatura de austenización, pero ésta también se puede determinar templando varias probetas desde distintas temperaturas. Se mide la dureza superficial, se fractura y se obtiene el intervalo de temperatura de austenización. En la práctica se usa la temperatura que, como ya fue mencionado, produzca la máxima dureza con la estructura más fina posible y que debe coincidir con la zona rayada en una curva como en la figura 28; el máximo se presenta

porque al aumentar la temperatura también lo hace el tamaño de grano y la austenita retenida. Se debe tener en cuenta que la templabilidad también aumenta debido a la mayor cantidad de carburos que se disuelven y al mayor tamaño de grano. Esto indica que la estructura inicial también influye sobre la temperatura de austenización, pues la martensita revenida se austeniza más fácilmente que la esferoidita. Además, si el acero tiene grano fino se tiene un intevalo de temperatura de austenización más amplio. En general, la temperatura de austenización para los aceros hipoeutectoides es A3 + 50°C; en estos aceros hay que austenizar completamente porque si no se hace, al enfriar, quedaría ferrita en la estructura, este es el principio de los aceros bifásicos, o sea mal templados

Los aceros hipoeutectoides se templan todos desde la misma temperatura: A3 + 50°C. Por encima de A1, estos aceros están constituidos por austenita y cementita; dado que la última microestructura es más dura que la martensita misma, el acero queda suficientemente duro. Con respecto a los aceros hipereutectoides, si se calienta por encima de Acm, al templar quedará totalmente martensítico, pero sus propiedades respecto a la estructura cementita-martensita no serán mucho menores, por el contrario, se pierde tiempo y energía y se aumenta el peligro de grietas en estos aceros hipertemplados. 2.1.2. Tiempo de sostenimiento Si la temperatura de austenización se ha escogido correctamente, el acero estará en estado austenítico una vez la alcance, pues se supone que toda la pieza está a la temperatura del homo. En ese momento se empieza a contar el verdadero tiempo de sostenimiento, necesario para preparar la estructura adecuadamente. Este tiempo depende del grado de disolución de los carburos que se desee. Como la cantidad de carburos es diferente para los distintos tipos de acero, el tiempo de permanencia también depende del acero. Los aceros ordinarios al carbono y los estructurales de baja aleación que contienen carburos fácilmente solubles, sólo requieren unos minutos de sostenimiento. Para asegurarse que ha habido suficiente disolución de los

carburos, un sostenimiento de 20 min es suficiente para secciones pequeñas; sobre éste se aumenta el tiempo según el diámetro D de la barra. t(min) = 20 +D/2 (mm) Esto para espesores menores de 25 mm; si la sección es mayor, el tiempo mínimo es media hora y, en general, la fórmula empírica es: t (horas) = 1/2 + D/120 (mm). Para los aceros estructurales de media aleación, se recomienda un tiempo de unos 25 min, no importa la dimensión. De otro lado, los aceros de herramientas de baja aleación requieren un tiempo definido de permanencia con el fin de asegurar la dureza necesaria. Se sugiere un tiempo de 0,5 min por cada mm de espesor; sin embargo, el máximo debe ser 1h y el mínimo 5 min. Los aceros de alto cromo requieren un tiempo de permanencia más largo que todos los aceros de herramientas. Sin embargo, esto depende de la temperatura de austenización, por ejemplo, si está en la parte superior del intevalo se recomienda 0,5 min por milímetro de espesor; si está en la parte inferior se usa 0,8 min por milímetro de sección. El máximo debe ser 1h y el mínimo 10 min. Los aceros para trabajo en caliente contienen carburos que no se disuelven hasta 1000°C; a esta temperatura el grano crece muy rápidamente, por lo que debe limitarse el tiempo de permanencia. Si el calentamiento se hace en un baño de sales, donde es fácil ver cuándo el acero ha alcanzado la temperatura adecuada, el tiempo es de unos 30 min, independientemente de las dimensiones. Si la herramienta está empacada en una caja para ser tratada en un horno de mufla, se debe usar una temperatura en la parte inferior del intervalo y así se puede dejar más tiempo, que no debe exceder de 1h. Los aceros rápidos son los aceros de herramientas de más alta aleación. Sus temperaturas de austenización están entre 1200 y 1300°C. Para evitar el excesivo crecimiento del grano, lo común es usar sostenimiento de unos pocos minutos. Según el espesor (en mm) el tiempo está dado en minutos para inmersión en baños de sales así: t(mm)= D/3 (mm) Si D